2019年化学领域的重大发现与突破

作者: 小鸭

来源: CEN's Year in Chemistry 2019

发布日期: 2019-12-16

2019年,科学家在NGC 7027行星状星云中发现了宇宙中的第一批分子HeH⁺,揭示了早期宇宙化学谜团。此外,科学家在多个领域取得了重要进展,包括观测到氙-124原子的衰变、评估微塑料摄入量、开发碳纳米管微处理器、利用人工智能设计抗纤维化药物、实现快速3D打印、提高电化学有机合成效率、评估锂离子电池回收率以及开发超小型光谱仪。这些发现不仅推动了科学研究的进步,还展示了化学与其他学科的交叉融合。

2019年,科学家在NGC 7027行星状星云中揭开了早期宇宙化学谜团,证实了宇宙中的第一批分子HeH⁺(氦合氢离子)的存在。这一发现不仅为数十年的探索画上了圆满的句号,还揭开了化学的本源问题。在大爆炸后约10万年,中性氦原子与质子开始反应,形成了宇宙中的第一批分子。尽管这看起来像是一项天文学研究,但它实则揭开了化学与其他学科交叉融合的例子。

在意大利格兰萨索山脉的地下实验室LNGS,科学家利用XENON1T探测器首次观测到了氙-124原子的衰变,其半衰期是宇宙年龄的一万多亿倍,这是人类迄今探测到的最缓慢的过程。这次的成功为那些旨在探测其他原子核中的罕见衰变的实验奠定了基础。

2019年,一项研究以美国饮食为重点,评估了日常食品中的塑料微粒数量与其建议的每日摄入量之间的关系,并探讨了饮用水的来源如何影响微塑料的摄入。

据估计,我们每年摄入的微塑料约39000到52000个颗粒,如果加上吸入的颗粒,这个数字可能会增加到74000到121000。此外,如果我们仅通过瓶装水满足个人用水需求,每人每年可能会额外摄入90000个微塑料颗粒。研究人员还表示,由于方法和数据的限制,这些值可能被低估。

MIT研究人员用碳纳米管(CNT)晶体管构建了一个微处理器,人们普遍认为碳纳米管晶体管是一种比传统硅晶体管更快、更环保的替代品。这个微处理器可以使用传统的硅芯片制造工艺进行制造,是朝着使碳纳米管微处理器更实用化迈出的重要一步。

一项人工智能的突破创造了抗纤维化潜在药物的新分子,并在相关分析中得到了验证。纤维化是指器官组织内纤维结缔组织增多,可导致器官组织功能减退。

DDR1是一种与纤维化和其他疾病有关的激酶靶点。一项新的研究完成了一个时间挑战。在21天内,新的人工智能系统GENTRL设计了6种新的DDR1抑制剂。其中有四种在生化试验中表现出活性,两种通过了细胞试验。其中一种在小鼠体内试验表现良好。从确定靶点到完成体外和体内验证,整个过程仅仅用了46天。

美国西北大学的研究人员突破了传统3D打印技术的极限,实现快速的3D打印。以往,3D打印为了实现更大尺寸的打印,往往会以牺牲打印速度和分辨率等方面为代价。过去3D打印最大的技术制约之一就在于打印过程中的热量产生,但这项新技术巧妙地绕过了这个问题,他们利用一个不沾材质的界面来消除热量,并提高了打印速度。

今年,研究人员利用人工智能,发现了一种能大大提高电化学有机合成效率的方法来制备己二腈(ADN)。新方法调整了将电流输送到催化电极的方式,然后应用人工智能进一步优化反应,使得ADN产量提高了30%。ADN是合成尼龙66的主要材料,但以往其制备方法有毒且耗能,而这种新方法则更加绿色节能。

2019年,诺贝尔化学奖颁发给了约翰·古迪纳夫、斯坦利·威廷汉和吉野彰三人,以表彰他们为锂离子电池的研发所做的卓越贡献。从手机到笔记本电脑,没有锂电池就没有我们现代如此便捷的生活。与此同时,科学家也开始着手评估锂电池等材料的回收与再利用。根据相关研究,在澳大利亚,只有2-3%的锂离子电池被收集起来并送往海外进行回收。欧盟和美国的回收率也不到5%。许多废弃电池被扔进垃圾桶,最终简单粗暴地被填埋。

今年,一个国际团队提出了一种测量入射光子能量的装置,但这种装置只有几微米长,宽度只有几百纳米。超小型显微分光计有着非常广泛的应用前景,从厘米级的样品到微观的单细胞生物样品均适用。光谱仪通常使用单色或宽谱(即多色)光源。尽管新的单纳米线光谱仪尺寸非常小,但它在两种情况下都显示出优异的性能。此外,研究表明,光谱分辨率等技术指标与商用仪器相当。

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